Разработан голографический способ хранения данных в трех измерениях
В Фуцзяньском педагогическом университете разработан голографический способ хранения данных в трех измерениях. Он отличается большей плотностью записи и лучшей защитой информации.
Сам по себе голографический накопитель не нов. Он представляет собой полимерную пластину, в которой лазером прожигаются не питы на поверхности, как на оптическом диске, а создается голограмма по всей толщине. Ноу-хау китайских исследователей состоит в том, что они комбинируют три свойства света — амплитуду, фазу и поляризацию, благодаря чему у каждого пикселя может быть 27 состояний.
«В традиционных системах голографической памяти кодирование обычно задействует лишь одно измерение света, например амплитуду или фазу, или, в лучшем случае, объединяет два из них. Мы применили для считывания сверточную нейронную сеть, что позволило использовать поляризацию как независимое информационное измерение», — объясняет руководитель исследовательской группы Тань Сяоди.
В системах голографической памяти информация сохраняется в виде сформированных светом страниц. Для записи цифровые данные нужно закодировать, при считывании они, соответственно, подвергаются декодированию.
Хотя теоретически множественные свойства света можно использовать для кодирования большего объема данных на одной странице, на практике это сопряжено с трудностями. Чтобы решить эту задачу, исследователи долгое время совершенствовали методы тензорной поляризационной голографии, которая позволяет восстанавливать записанное в голограмме состояние поляризации.
Результатом стала схема трехмерного модуляционного кодирования, описанная в журнале Optica. Она позволяет с помощью одного фазового пространственного модулятора света кодировать в оптическом поле амплитуду, фазу и поляризацию.
Декодирование такого трехмерного сочетания представляет сложную задачу, поскольку датчики регистрируют только интенсивность света, в фазу и поляризацию напрямую измерять не могут.
Эту проблему решили, применив теорию тензорной поляризационной голографии и спроектировав модель сверточной нейронной сети, способную одновременно извлекать трехмерную информацию непосредственно из дифракционных изображений интенсивности. Нейросеть обучается считывать амплитуду, фазу и поляризацию по двум изображениям: одному, снятому с вертикальным поляризатором, и другому — без него.
Авторы проверили свои теоретические изыскания, собрав компактную экспериментальную установку для записи и восстановления закодированного оптического поля в поляризационно-чувствительной среде.
«В целом наши результаты показали, что многомерное совместное кодирование значительно увеличивает объем информации, хранящейся на одной голографической страницей, и тем самым повышает плотность записи, — резюмирует Тань. — Синхронное декодирование с помощью нейронной сети снижает потребность в сложных измерениях и поэтапном восстановлении, обеспечивая более эффективное считывание и декодирование. Это открывает практический путь к созданию систем голографической памяти с высокой емкостью и пропускной способностью».
По его словам, пока это только демонстрация, подтверждающая жизнеспособность технологии, и до коммерциализации предстоит очень непростой и долгий путь. Предполагается увеличить количество уровней градаций кодирования и объединить систему с объемными методами мультиплексирования для организации многостраничной и многоканальной записи.
